近自然经营杉木林天然落种更新障碍机制研究

This proposal will utilize the theories and methods of reproductive biology, seed biology, and seed ecology to study the natural regeneration of Chinese fir forest under close-to-nature management. The proposed study will use Chinese fir forest under close-to-nature management as experimental ecosystem which was a long-term monitoring sample area of the research group. This study will follow the plant life cycle of seed production, formation of seed bank, seed generation, seedling growth and sapling establishment. The proposed study reveals the ecological mechanisms of seed biological characteristics, allelopathy, and environment factors on the nature regeneration barrier of Chinese fir under close-to-nature management. The contribution of each limiting factor to the difficult regeneration will be estimated. The regulation mechanism of light factor limit the regeneration of Chinese fir at each of the above-mentioned life stage was discussed emphatically. Our proposed study aims to reveal the key factor hindering the regeneration of Chinese fir under close-to-nature management. The proposed study will not only contribute to the understanding of the mechanism of vegetation degradation of Chinese fir, but have important application significance in the restoration of degraded vegetation.

利用繁殖生物学、种子生物学、种子生态学的原理和方法，以课题组前期进行长期研究的近自然经营杉木林样地为研究对象，以林木更新各环节“种子生产--种子库形成--种子萌发--幼苗生长--幼树建植”为主线，结合杉木种子生物学特性、化感作用及林内环境因子进行逐层解析，揭示种子生物学特性、化感作用及环境因子对近自然经营杉木林更新障碍的影响及作用机制，明确不同因素对杉木林天然落种更新障碍的贡献率，着重探讨林内光因子对自然经营杉木林更新障碍的影响及作用机制，揭示限制近自然经营杉木林天然更新的关键环节和关键因素，挖掘近自然经营杉木林天然落种更新的生态策略及其进化意义，试图为揭示杉木连栽地力衰退的内在机制提供科学依据。研究有望在“人工针叶林更新障碍机制”研究领域产生新的理论认识及突破。本研究不仅对于治理杉木人工林连栽生产力下降具有重要理论意义，而且在人工林天然更新恢复实践中有重要应用价值。

杉木(Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook)是我国南方重要的人工造林树种，目前存在天然落种更新能力差，林下幼苗、幼树缺乏等问题，严重威胁着杉木人工林的可持续经营。本项目通过控制模拟以及野外长期的动态监测试验，主要研究了杉木人工林内的种源（种子雨和种子库的动态）特征；凋落物的物理、机械阻隔、化感作用，以及主要环境因子光对杉木种子萌发幼苗存活及早期生长的影响，最后揭示影响杉木人工林天然更新的主要机制。本项目取得主要结果如下：.（1）通过4年的种子雨和种子库的监测发现，杉木人工林内种子雨和种子库充足，但是杉木种子自身涩粒含量高以及杉木土壤种子库属于短暂种子库，在埋藏6个月以后几乎全部无萌发能力，可能是杉木天然更新困难的一个重要的因素。（2）杉木种子萌发需要适当的遮阴处理（小于全光照15%的光强），而幼苗存活和生长需要较强的光照条件（大于全光照60%的光强）。杉木种子萌发和幼苗生长的最佳光需求不同可能是杉木天然更新障碍的一个重要因子。（3）通过比较杉木天然和仿真凋落物对杉木幼苗出土及早期生长的影响来区分凋落物的物理和化学作用，结果表明杉木凋落物的阻隔作用对其自身幼苗出土及早期生长的影响大于其化感作用。杉木凋落物是针叶连同小枝条的形式一起脱落到地面，难以与地面紧密接触，在一定程度上解释了杉木人工林林下杉木幼苗数量较少的原因之一可能是较厚凋落物的物理阻隔影响。（4）处于凋落物上方的种子其萌发率最低，幼苗死亡率最高，而杉木种子库中95%种子处于凋落物层。因此，林内较厚的凋落物阻断凋落物上方的种子与土壤之间的接触，影响其吸收土壤中的水分和养分，进而减少种子萌发的可能性及幼苗定植的机会。.目前已发表了带有标注本国家自然科学基金资助的研究论文14（第一标准13篇，第二标准1篇，其中含3篇SCI论文，1篇1区）；培养硕士研究生5名，已经顺利毕业。